CARBON NANOTUBES SYNTHESIZED BY PLASMA ENHANCED CVD AT ATMOSPHERIC PRESSURE AND THEIR POST-DEPOSITION TREATMENT

KUČEROVÁ, Zuzana, Lenka ZAJÍČKOVÁ, Ondřej JAŠEK, Marek ELIÁŠ, Petr SYNEK, Jiřina MATĚJKOVÁ, Antonín REK and Jiří BURŠÍK. CARBON NANOTUBES SYNTHESIZED BY PLASMA ENHANCED CVD AT ATMOSPHERIC PRESSURE AND THEIR POST-DEPOSITION TREATMENT. In New Perspectives of Plasma Science and Technology CD. 1st ed. Brno: VUT Brno, 2007, 1 pp.

Basic information

• Original name: CARBON NANOTUBES SYNTHESIZED BY PLASMA ENHANCED CVD AT ATMOSPHERIC PRESSURE AND THEIR POST-DEPOSITION TREATMENT
• Name in Czech: Depozice a zpracování uhlíkových nanotrubek připravených metodou PECVD za atmosférického tlaku
• Authors: KUČEROVÁ, Zuzana, Lenka ZAJÍČKOVÁ, Ondřej JAŠEK, Marek ELIÁŠ, Petr SYNEK, Jiřina MATĚJKOVÁ, Antonín REK and Jiří BURŠÍK.
• Edition: 1. vyd. Brno, New Perspectives of Plasma Science and Technology CD, 1 pp. 2007.
• Publisher: VUT Brno

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Proceedings paper
• Field of Study: 10305 Fluids and plasma physics
• Country of publisher: Czech Republic
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• Organization unit: Faculty of Science
• Keywords in English: PECVD; carbon nanotubes; oxidation; SEM
• Tags: carbon nanotubes, oxidation, PECVD, SEM

Abstract

Carbon nanotubes (CNTs) were synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition from mixture of argon, methane and hydrogen using microwave plasma torch at atmospheric pressure. Nanotubes grew on a complex substrate system consisting of silicon wafer, buffer layer and thin catalytic iron film. As confirmed by scanning electron microscopy (SEM), this deposition technique produces bundles or ropes of nanotubes covered by crust composed of catalytic particles, amorphous carbon and other impurities such as fullerenes or other carbon nanoparticles. Because many scientific and technological applications, as well as characterization techniques require individual nanotubes a great attention has to be paid to the post-deposition processing of the deposit. The nanotube bundle could be separated by ultrasonication of the deposit in organic or inorganic liquid. Most commonly used liquids are water or ethanol. Both liquids proved to be efficient in removing deposited nanotubes from the substrate, but the bundle separation was not entirely successful as nanotubes in the bundle were hold together by the amorphous carbon crust, as observed by SEM. In order to remove the crust entirely, the deposite can be oxidized in a plasma, in a gas under high temperature or in a liquid. Deposits with different amount of impurities were chosen for thermal oxidation at the temperature of 550 C and studied by SEM before and after treatment. SEM micrographs showed that the oxidation was successful as concerns the impurity removal, but also a great amount of deposited nanotubes has been lost. Oxidation of nanotube deposit in liquid (mixture of H2SO4 and HNO3) did not caused looses and also seemed to be more homogeneous than gas oxidation, but is not convenient for deposits that contain a great amount of single-walled CNTs as these strong acids cause damage to SWNT structure.

Abstract (in Czech)

Uhlíkové nanotrubky byly syntetizovány metodou PECVD ze směsi argonu, metanu a vodíku v mikrovlnném výboji za atmosférického tlaku. Nanotrubky rostly na křemíkovém substrátu s difúzní bariérou a tenkou vrstvou katalyzátoru Fe. Analýza rastrovací elektronovou mikroskopií (SEM) prokázala přítomnost uhlíkových nanotrubek pokrytých vrstvou tvořenou částicemi katalyzátoru, amorfním uhlíkem a dalšími druhy uhlíkových nanočástic. Jelikož mnohé aplikace vyžadují použití jednotlivých nanotrubek bez nečistot byla značná pozornost věnována čistění a separaci syntetizovaných nanotrubek. Shluky nanotrubek mohou být separovány za pomoci ultrazvuku v organických rozpouštědlech jako je etanol nebo vodě. Ačkoli v obou kapalinách byly nanotrubky úspěšně odděleny od substrátu, shluky samotné se nepodařilo separovat, neboť nanotrubky byly pokryty silnou vrstvou amorfního uhlíku. K odstranění amorfního uhlíku je možno použít plasmové oxidace, oxidace za vysokých teplot na vzduchu nebo ve vakuu nebo oxidací v kapalině. V našem případě byla použita oxidace za teploty 550 C na vzduchu a depozit byl analyzován pomocí SEM před a po oxidaci. Výsledky analýzy prokázaly odstranění amorfního uhlíku avšak za cenu ztráty velké části nanotrubek. Z tohoto hlediska se jako vhodnější ukázalo ošetření ve směsi kyselin H2SO4 a HNO3, které nevedlo ke ztrátě nanotrubek a bylo také velmi účinné. Nevýhodou tohoto postupu však může být odstranění jednostěnných nanotrubek z depozitu z důvodu velmi agresivního působení kyselin.